Nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đường trên nền đất yếu khu vực từ cầu sang trắng 2 đến ngã ba lộ tẻ ba xe thành phố cần thơ

NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN : MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC CÁT VÀ ĐỆM CÁT XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHƯƠNG 3 : ỨNG

ĐỖ HƯNG THỜI

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG

TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC TỪ CẦU SANG TRẮNG 2 ĐẾN NGÃ BA LỘ TẺ BA XE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS ĐỖ THANH HẢI

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS LÊ VĂN PHA

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS NGUYỄN CẢNH TUẤN

Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG

TP HCM, ngày 14 tháng 08 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ bao gồm :

1 Chủ tịch Hội đồng : PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

2 Cán bộ nhận xét 1 : TS LÊ VĂN PHA

3 Cán bộ nhận xét 2 : TS NGUYỄN CẢNH TUẤN

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KTXD

PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

TP HCM, ngày 14 tháng 06 năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : ĐỖ HƯNG THỜI MSHV : 13091318

Ngày sinh :19/05/1990 Nơi sinh : Tỉnh Sóc Trăng

Chuyên ngành : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM (CT)

Mã ngành : 60580204

1 TÊN ĐỀ TÀI :

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC TỪ CẦU SANG TRẮNG 2 ĐẾN NGÃ BA LỘ TẺ BA XE THÀNH PHỐ CẦN THƠ

2 NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN :

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG

CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC CÁT VÀ ĐỆM CÁT XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC TỪ CẦU SANG TRẮNG 2 ĐẾN NGÃ BA LỘ TẺ BA XE THÀNH PHỐ CẦN THƠ

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 19 tháng 01 năm 2015

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày 14 tháng 06 năm 2015

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ THANH HẢI

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QUẢN LÝ

TS ĐỖ THANH HẢI PGS.TS LÊ BÁ VINH PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên học viên xin gửi lời cám ơn đến quý Thầy, Cô trong Bộ Môn Địa Cơ Nền Móng – khoa Kỹ thuật xây dựng, trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã luôn quan tâm, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong thời gian học cũng như hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn thầy TS Đỗ Thanh Hải đã hướng dẫn em hoàn

thành luận văn này Các thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp em đưa ra nghiên cứu cụ thể, hỗ trợ nhiều tài liệu, kiến thức quý báu trong quá trình học tập và nghiên cứu

Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy, Cô và Gia Đình lòng biết ơn sâu sắc Tuy vậy, với những hạn chế về số liệu cũng như thời gian thực hiện, chắc chắn luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến từ quý Thầy, Cô, đồng nghiệp và bạn bè để luận văn thêm hoàn thiện và có đóng góp vào thực tiễn

Trân trọng cám ơn !

Đỗ Hưng Thời

ổn định mái dốc Msf của đất đắp nền đường giảm 16% và 5%

ABSTRACT TOPIC :

“RESEARCH ON ROAD EMBANKMENT TREATMENT SOLUTIONS ON SOFT SOIL AREA FROM SANG TRANG 2 TO NGA BA LO TE BA XE CAN THO CITY”

Nowadays, the population density of routed area is developing; the traveled needs of local people are increasingly rising But the wide of existing road embankment wasn’t enough to travel of resident So the upgrade and expansion of the new road embankments next to the existing road embankment is essential, how

is the selection of the solution to improve the new road embankment as well as limiting the settlement deviation between two road embankments is also very important This topic concentrates on research analyzes and calculations the work of the solution, calculated settlement road embankment by analytical methods, to have used the finite element method to analyze, calculate and compare with analytical method to give some results as following : When the zone of loose point is analyzed and calculated by the finite element method to give the results of depth and wide of the zone of loose point is greater the results of analytical method are 40%, the depth and wide of sand cushion increases 1.2 and 1.1 are increasing the level of consolidation of the ground 6% The distance of sand piles increases 13% and 25% are decreasing the settlement of the ground 14% and 10%, the length of sand piles increases 9% and 14% are increasing the settlement of the ground 5% and 11% The disturbance of the ground increases 6 and kx = 2.50ky are decreasing the settlement

of the ground 6%, the analytical and calculated results the height cover soil to preloading the new ground by the finite element method to give greater results the analytical method is 50% When the embankment height of preloading increase 25% and 50% is the slope stabilization coefficient Msf of the road embankment cover soil decrease 16% and 5%

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI

PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC TỪ CẦU SANG TRẮNG 2 ĐẾN NGÃ BA LỘ TẺ BA XE THÀNH PHỐ CẦN THƠ” là

công trình nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu trong luận văn là trung thực

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này

TP.HCM, ngày 14 tháng 06 năm 2015

ĐỖ HƯNG THỜI Học viên cao học khóa 2013 Chuyên ngành : Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm Trường Đại Học Bách Khoa TP HCM

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU……… 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI……… 1

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI……… 1

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI……… 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……… 3

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU……… 3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG

4

1.1 ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA KHI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO TRÊN NỀN ĐẤT YẾU……… 4

1.1.1 Khái niệm và phân loại đất yếu……… 4

1.1.1.1 Khái niệm đất yếu……… 4

1.1.1.2 Phân loại đất yếu……… ……… 4

1.1.2 Đặc trưng và trạng thái của đất yếu khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long 5

1.1.3 Trạng thái vật lý của đất……… ….……… 7

1.1.4 Các vấn đề đặt ra khi thiết kế và thi công nền đắp trên đất yếu……… ………… 9

1.1.4.1.Về ổn định……… …….9

1.1.4.2.Về độ lún……… …… 9

1.1.4.3 Các vấn đề đặt ra khi thiết kế và thi công nền đắp trên đất yếu ……….……… ………… ……… 10

1.1.4.3.1 Những phá hoại quan sát được……… 10

1.1.4.3.1 Những phá hoại quan sát được……… 11

1.1.4.3.2 Sự phát triển của các hư hỏng.……… 12

1.1.5 Các vấn đề về biến dạng……… ……… 12

1.2 TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU……… 13

1.2.1 Tổng quan về giải pháp cọc cát để xử lý nền đất yếu……… 13

1.2.1.1 Lịch sử phát triển……… 13

1.2.1.2 Phạm vi sử dụng……… 13

1.2.1.3 Trình tự thi công……… 13

1.2.1.4 Hạn chế của cọc cát… ……… 15

1.2.2 Tổng quan về giải pháp đệm cát để xử lý nền đất yếu……… 15

1.2.2.1 Lịch sử phát triển……… 15

1.2.2.2 Phạm vi sử dụng……… 15

1.2.2.3 Trình tự thi công……… 16

1.2.2.4 Hạn chế của đệm cát….……… 17

1.3 CÁC NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN NỀN ĐẤT YẾU 17

1.4 NHẬN XÉT CHƯƠNG 1 20

CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC CÁT VÀ ĐỆM CÁT XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 21

2.1 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN NỀN ĐƯỜNG

21

2.1.1 Xác định tải trọng tính toán nền đường theo 22 TCN 262 – 2000 21

2.1.2 Lý thuyết xác định chiều cao phòng lún và chiều cao đất đắp 22

2.1.3 Lý thuyết kiểm tra ổn định điểm dưới nền đất đắp 22

2.2 MÔ PHỎNG BÀI TOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

23

2.2.1 Lý thuyết tính toán 23

2.2.1.1 Các bước mô phỏng trong phần mềm Plaxis 2D version 8.5 23

2.2.1.2 Xác định độ cố kết trong mô phỏng phần mềm Plaxis 2D Version 8.5 24

2.2.1.3 Bài toán mô phỏng 25

2.2.2 Các giai đoạn khai báo trong phương pháp phần tử hữu hạn……… ………26

2.3 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC CÁT 28

2.3.1 Đường kính có hiệu của cọc cát 28

2.3.2 Tỷ số diện tích thay thế 28

2.3.3 Hệ số tập trung ứng suất n 30

2.3.4 Tỷ số ứng suất 30

2.3.5 Khả năng chịu tải trọng tới hạn của cọc vật liệu rời 31

2.3.6 Độ cố kết và độ lún của đất nền ở thời điểm t 32

2.4 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỆM CÁT 32

2.5 NHẬN XÉT CHƯƠNG 2 34

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC TỪ CẦU SANG TRẮNG 2 ĐẾN NGÃ BA LỘ TẺ BA XE THÀNH PHỐ CẦN THƠ 35

3.1 GIỚI THIỆU TUYẾN ĐƯỜNG TỪ KHU VỰC CẦU SANG TRẮNG 2 ĐẾN NGÃ BA LỘ TẺ BA XE THÀNH PHỐ CẦN THƠ 35

3.1.1 Giới thiệu chung 35

3.1.2 Phạm vi công trình 36

3.1.3 Điều kiện khí tượng và thủy văn khu vực nghiên cứu 36

3.1.3.1 Điều kiện khí tượng .36

3.1.3.2 Điều kiện thủy văn .37

3.1.4 Quy mô và các thông số kỹ thuật công trình 38

3.1.4.1 Cấp đường .38

3.1.4.2 Thông số kỹ thuật công trình 38

3.1.4.3 Mặt cắt ngang công trình 40

3.1.5 Điều kiện địa chất khu vực nghiên cứu .40

3.2 PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN NỀN ĐƯỜNG HIỆN HỮU 46

3.2.1 Phân tích, tính toán độ sâu và bề rộng của lớp đệm cát dưới nền đường hiện hữu bằng phương pháp giải tích 46

3.2.2 Phân tích, tính toán độ sâu và bề rộng của tầng đệm cát bằng phương pháp phần tử hữu hạn 55

3.2.3 Phân tích, tính độ lún ổn định và độ lún theo thời gian t của đất nền bên dưới nền đường hiện hữu bằng phương pháp giải tích 56

3.2.3.1 Độ lún ổn định của đất nền 56

3.2.3.2 Độ lún của lớp đất sét bên dưới nền đường hiện hữu theo thời gian t ………

……… 60

3.2.4 Phân tích, tính toán giải pháp đệm cát để gia cố nền đường hiện hữu bằng phương pháp phần tử hữu hạn 64

3.3 PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN NỀN ĐƯỜNG NÂNG CẤP MỞ RỘNG BÊN CẠNH NỀN ĐƯỜNG HIỆN HỮU 68

3.3.1 Phân tích, tính toán nền đường mở rộng bằng phương pháp giải tích .68

3.3.2 Phân tích, tính toán nền đường mở rộng bằng phương pháp phần tử hữu hạn

……… ………… 70

3.3.3 Phân tích, tính toán nền đường mở rộng có gia cố cọc cát bằng phương pháp giải tích ……… 72

3.3.4 Phân tích, tính toán nền đường mở rộng có gia cố cọc cát bằng phương pháp

phần tử hữu hạn 85

3.3.4.1 Trường hợp 1 : Mô phỏng cọc cát như là một lớp đất cát thoát nước 85

3.3.4.2 Trường hợp 2 : Mô phỏng cọc cát bằng phần tử thoát nước Drain 88

3.3.5 Phân tích, tính toán ảnh hưởng chiều dài của cọc cát và độ xáo trộn của đất đến độ cố kết của đất nền……… .90

3.3.5.1 Phân tích, tính toán ảnh hưởng chiều dài của cọc cát đến độ cố kết của đất nền bằng phương pháp giải tích……… .90

3.3.5.2 Phân tích, tính toán ảnh hưởng chiều dài của cọc cát đến độ lún của đất nền bằng phương pháp phần tử hữu hạn……… .92

3.3.5.3 Phân tích, tính toán ảnh hưởng độ xáo trộn đến độ cố kết của đất nền bằng phương pháp giải tích……… 93

3.3.5.4 Phân tích, tính toán ảnh hưởng độ xáo trộn đến độ lún của đất nền bằng phương pháp phần tử hữu hạn……… .97

3.4 PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN SỰ LÚN LỆCH GIỮA NỀN ĐƯỜNG NÂNG CẤP MỞ RỘNG VÀ NỀN ĐƯỜNG HIỆN HỮU ……… .101

3.4.1 Phân tích, tính toán sự lún lệch giữa nền đường nâng cấp mở rộng và nền đường hiện hữu bằng phương pháp giải tích……… 101

3.4.2 Phân tích, tính toán sự lún lệch giữa nền đường nâng cấp mở rộng và nền đường hiện hữu bằng phương pháp phần tử hữu hạn (mô phỏng cọc cát bằng phần tử thoát nước Drain)……… 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108

1 KẾT LUẬN 108

2 KIẾN NGHỊ 109

3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

MỘT SỐ KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Eo Kpa : Module biến dạng của đất

G Kpa : Module đàn hồi biến dạng cắt của đất

Ho m : Chiều dài ban đầu của lớp đất

Sc m : Độ lún cố kết

S m : Độ lún ổn định cuối cùng

St m : Độ lún theo thời gian t

Sr % : Độ bão hòa ban đầu

u Kpa : Áp lực nước lỗ rỗng

uo Kpa : Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu

U % : Mức độ cố kết

Uv % : Mức độ cố kết theo phương đứng

Uh % : Mức độ cố kết theo phương ngang

Ur % : Độ cố kết theo phương xuyên tâm

Uv,r % : Độ cố kết tổng hợp

W % : Độ ẩm tự nhiên

 Degree : Góc ma sát trong của đất

’ Degree : Góc ma sát trong trong điều kiện thoát nước của đất

unsat KN/m3 : Dung trọng tự nhiên của đất

dry KN/m3 : Dung trọng khô của đất

sat KN/m3 : Dung trọng bão hòa của đất

ko : Hệ số phân bố ứng suất

vz Kpa : Ứng suất do trọng lượng bản thân của đất

z Kpa : Ứng suất do tải trọng ngoài gây ra

 Kpa : Sức chống cắt của đất

 : Hệ số poisson của đất

v : Biến dạng của đất

C1 : Hằng số phụ thuộc dạng bố trí cột vật liệu rời

D m : Đường kính của cọc vật liệu rời

r m : Bán kính của cọc vật liệu rời

S m : Khoảng cách giữa hai tim cọc vật liệu rời

De m : Đường kính hiệu quả

as : Tỷ số diện tích thay thế

As m2 : Diện tích ngang của cột vật liệu rời

Ac m2 : Diện tích ngang của đất yếu xung quanh cột

 Kpa : Ứng suất trung bình cho phép

F(n) : Nhân tố ảnh hưởng đến khoảng cách bố trí của cọc cát

s : Độ xáo trộn của đất nền

Tv : Nhân tố thời gian theo phương đứng

Th : Nhân tố thời gian theo phương ngang

bz m : Bề rộng nền, móng tính đổi quy ước

l,b m : Chiều dài và chiều rộng của nền, móng thiết kế

m : Hệ số điều kiện làm việc của đất

m1 : Hệ số điều kiện làm việc của đất nền

m2 : Hệ số điều kiện làm việc của công trình trong tác dụng qua lại với nền

bđ m : Bề rộng đáy đệm vật liệu rời

Sđ m : Độ lún của đệm vật liệu rời

Sđy m : Độ lún của lớp đất yếu

Sgh m : Độ lún giới hạn cho phép của đất nền

DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG HÌNH ẢNH :

Hình 1.1 Nền đất yếu bị lún trượt trồi .11

Hình 1.2 Nền đất yếu bị lún trượt sâu 11

Hình 1.3 Xử lý nền đường từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe bằng cọc cát 14

Hình 1.4 Thiết bị thi công cọc cát tuyến đường từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe 14

Hình 1.5 Xử lý nền đường từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe bằng đệm cát 16

Hình 1.6 Thiết bị thi công đệm cát từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe……… 17

BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Chỉ tiêu cơ lý của đất yếu 4

Bảng 1.2 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 1 5

Bảng 1.3 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 2 6

Bảng 1.4 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 3 6

Bảng 1.5 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 4 6

Bảng 1.6 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 5 7

Bảng 1.7 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 6 7

Bảng 1.8 Phân loại độ chặt của đất rời theo hệ số rỗng e 7

Bảng 1.9 Phân loại đất dính theo Ip 8

Bảng 1.10 Đánh giá trạng thái của đất dính theo độ nhão IL 8

CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC CÁT VÀ ĐỆM CÁT XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

HÌNH ẢNH :

Hình 2.1 Sơ đồ xếp tải trọng xe tác dụng lên nền đường……… 22

Hình 2.2 Sơ đồ kiểm tra ổn định điểm bên dưới nền đất đắp cao 22

Hình 2.3 Bố trí cọc cát theo lưới ô vuông và phạm vi nén chặt của đất nền……… ……… 29

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí cọc cát theo lưới tam giác đều……… 29

Hình 2.5 Sơ đồ tính toán đệm vật liệu rời……… 32

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC TỪ CẦU SANG TRẮNG 2 ĐẾN NGÃ BA LỘ TẺ BA XE, THÀNH PHỐ CẦN THƠ : HÌNH ẢNH Hình 3.1.Mặt cắt địa chất công trình 46

Hình 3.2 Sơ đồ xếp tải xe tác dụng lên nền đường 46

Hình 3.3 Vị trí các điểm kiểm tra ổn định bên dưới nền đường 53

Hình 3.4 Vùng đất mất ổn định điểm bên dưới nền đất đắp cao 53

Hình 3.5 Sơ đồ tính toán đệm cát 54

Hình 3.6 Mô hình lưới phần tử trong trường hợp nền đường hiện hữu 55

Hình 3.7 Vùng đất mất ổn định điểm của đất nền bên dưới nền đường hiện hữu… 55

Hình 3.8 Sơ đồ tính lún của đất nền theo thời gian t 60

Hình 3.9 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm) và thời gian lún t(năm) 62

Hình 3.10 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm) và thời gian lún t(năm) khi thay đổi kích thước đệm cát 63 Hình 3.11 Biểu đồ quan hệ giữa độ cố kết Uv (%) và thời gian t(năm) khi thay đổi kích thước của đệm cát 63

Hình 3.12 Mô hình lưới phần tử của đất nền được xử lý bằng đệm cát z=5m,

B=30m 64 Hình 3.13 Ứng suất hữu hiệu của đất nền trong trường hợp z=5m, B=30m 65 Hình 3.14 Tổng chuyển vị của nền đất trong trường hợp z=5m, B=30m 65 Hình 3.15 Tổng chuyển vị của đất nền trong trường hợp z=5m, B=30m ở thời điểm

t = 3 (năm) 66 Hình 3.16 Mô hình lưới phần tử trường hợp z=6m, B=34m 67 Hình 3.17 Tổng chuyển vị của đất nền trong trường hợp z = 6m, B = 34m 67 Hình 3.18 Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị lún của đất nền theo thời gian St(m) và thời gian t(ngày) khi thay đổi kích thước của đệm cát 68 Hình 3.19 Sơ đồ tính nền đường mở rộng chưa được gia cố nền bên cạnh nền đường hiện hữu 68 Hình 3.20 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm) và thời gian lún t(năm) 70 Hình 3.21 Mô hình lưới phần tử của đất nền bên dưới nền đường mở rộng 70 Hình 3.22 Tổng chuyển vị của đất nền bên dưới nền đường mở rộng 71 Hình 3.23 Tổng chuyển vị của đất nền bên dưới nền đường mở rộng ở thời điểm t = 70(năm) 71 Hình 3.24 Sơ đồ bố trí cọc cát gia cố nền đường mở rộng 72 Hình 3.25 Biểu đồ quan hệ giữa chiều cao đất đắp H(m) và hệ số tập trung ứng suất

n 75

Hình 3.26 Biểu đồ quan hệ giữa khoảng cách các cọc cát S(m) và chiều cao đất đắp H(m), khi thay đổi đường kính của cọc cát D(m), hệ số tập trung ứng suất n =7 .77 Hình 3.27 Biểu đồ quan hệ giữa khoảng cách các cọc cát S(m) và chiều cao đất đắp H(m), khi thay đổi đường kính của cọc cát D(m), hệ số tập trung ứng suất n =6 .78 Hình 3.28 Biểu đồ quan hệ giữa khoảng cách các cọc cát S(m) và chiều cao đất đắp H(m), khi thay đổi đường kính của cọc cát D(m), hệ số tập trung ứng suất n =5 .80 Hình 3.29 Biểu đồ quan hệ giữa khoảng cách các cọc cát S(m) và chiều cao đất đắp H(m), khi thay đổi đường kính của cọc cát D(m), hệ số tập trung ứng suất n =4 81 Hình 3.30 Biểu đồ quan hệ giữa khoảng cách các cọc cát S(m) và chiều cao đất đắp H(m), khi thay đổi đường kính của cọc cát D(m), hệ số tập trung ứng suất n =3 83 Hình 3.31 Biểu đồ quan hệ giữa độ cố kết Uv,r(%) và thời gian t(tháng) khi thay đổi khoảng cách giữa các cọc cát 84 Hình 3.32 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm) và thời gian t(tháng) khi thay đổi khoảng cách giữa các cọc cát 84 Hình 3.33 Mô hình lưới phần tử ứng với cọc cát r = 0.4(m), S = 1.44(m) 85 Hình 3.34 Ứng suất hữu hiệu của đất nền sau khi xử lý bằng cọc cát r = 0.4(m), S = 1.44(m) 85 Hình 3.35 Tổng chuyển vị của đất nền sau khi xử lý bằng cọc cát r = 0.4(m), S = 1.44(m) 86 Hình 3.36 Mô hình lưới phần tử ứng với cọc cát r = 0.4(m), S = 1.60(m) 86 Hình 3.37 Mô hình lưới phần tử ứng với cọc cát r = 0.4(m), S = 1.80(m) 87

Hình 3.38 Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị lún St(m) và thời gian t(ngày) khi thay

đổi khoảng cách giữa các cọc cát 87

Hình 3.39 Mô hình lưới phân tử ứng với cọc cát r = 0.40m, S = 1.44m 88

Hình 3.40 Ứng suất hữu hiệu của đất nền sau khi xử lý bằng cọc cát r = 0.40m, S = 1.44m 89

Hình 3.41 Tổng chuyển vị của đất nền sau khi xử lý bằng cọc cát r = 0.40m, S = 1.44m 89

Hình 3.42 Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị lún St(m) và thời gian t(ngày) 90

Hình 3.43 Biểu đồ quan hệ giữa độ cố kết Uv,r(%) và thời gian t(tháng) khi thay đổi chiều dài của cọc cát 91

Hình 3.44 Mô hình lưới phần tử trong trường hợp cọc cát r = 0.40m, S = 1.44m, L = 11m 92

Hình 3.45 Mô hình lưới phần tử trong trường hợp cọc cát r = 0.40m, S = 1.44m, L = 12m 92

Hình 3.46 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún St(m) và thời gian t(ngày) khi thay đổi chiều dài của cọc cát 93

Hình 3.47 Biểu đồ quan hệ giữa độ cố kết U(%) và thời gian t(tháng) khi có xét đến ảnh hưởng của độ xáo trộn 96

Hình 3.48 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm) và thời gian t(tháng) khi có xét đến ảnh hưởng của độ xáo trộn 96

Hình 3.49 Tổng chuyển vị của đất nền trong trường hợp s =1, kx = 2,50ky 98

Hình 3.50 Tổng chuyển vị của đất nền trong trường hợp s =4, kx = 2,50ky 99

Hình 3.51 Tổng chuyển vị của đất nền trong trường hợp s =5, kx = 2,50ky 99

Hình 3.52 Tổng chuyển vị của đất nền trong trường hợp s =6, kx = 2,50ky 100

Hình 3.53 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún St(m) và thời gian t(ngày) khi xét đến độ xáo trộn của đất nền 100

Hình 3.54 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm) và thời gian lún t(tháng) khi thay đổi khoảng cách giữa các cọc cát .102 Hình 3.55 Biểu đồ quan hệ giữa độ cố kết Uv,r(%) và thời gian t(tháng) khi thay đổi khoảng cách của các cọc cát 103 Hình 3.56 Mô hình lưới phần tử khi gia tải trước nền đường mở rộng bằng khối đất sét đắp cao H = 2(m), xử lý nền bằng cọc cát r = 0,40(m), S = 1,44(m) 104 Hình 3.57 Ổn định mái dốc nền đất đắp cao H = 2.50(m), xử lý nền bằng cọc cát r

= 0,40(m), S = 1,44(m) 105 Hình 3.58 Ổn định mái dốc nền đất đắp cao H = 3(m), xử lý nền bằng cọc cát r = 0,40(m), S = 1,44(m) 105 Hình 3.59 Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị lún St(m) và thời gian t(ngày) khi thay đổi chiều cao đất đắp gia tải trước 106 Hình 3.60 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số ổn định mái dốc Msf và U(m) khi thay đổi chiều cao đất đắp gia tải 106

BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Mực nước ứng với các tần suất thiết kế tại trạm khu vực Cần Thơ 38 Bảng 3.2 Mực nước ứng với các tần suất thiết kế tại cầu Trà Nóc,Sang Trắng 1,Sang Trắng 2 38

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật công trình 38

Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm nén cố kết (Oedmeter test) của lớp đất đắp nền đường 41 Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm nén cố kết (Oedmeter test) của lớp đệm cát .42 Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp (Direct shear test) của lớp đệm cát 42 Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật của cọc cát .42 Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm nén cố kết (Oedmeter test) của lớp đất 2 44 Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm nén cố kết (Oedmeter test) của lớp đất 3 45

Bảng 3.10 Kết quả tính toán tải trọng xe tác dụng lên nền đường 47 Bảng 3.11 Bảng kiểm tra ổn định điểm cho các điểm còn lại 49 Bảng 3.12 Ứng suất do trọng tải trọng ngoài gây ra 56 Bảng 3.13 Tính tổng độ lún theo các lớp phân tố 57 Bảng 3.14 Kết quả tính toán độ lún ổn định của lớp đất sét 60 Bảng 3.15 Quan hệ giữa độ lún theo thời gian St (cm) và thời gian t(năm) 61 Bảng 3.16 Quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm), độ cố kết Uv(%) theo thời gian t(năm) khi thay đổi kích thước của đệm cát 62 Bảng 3.17 Quan hệ giữa độ lún theo thời gian St (cm) và thời gian t(năm) 69 Bảng 3.18 Các thông số tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc cát 73 Bảng 3.19 Quan hệ giữa chiều cao đất đắp H(m) và hệ số tập trung ứng suất n….75 Bảng 3.20 Kết quả tính toán khi thay đổi đường kính D(m) và khoảng cách S(m) của các cọc cát, hệ số tập trung ứng suất n = 7 75 Bảng 3.21 Kết quả tính toán khi thay đổi đường kính D(m) và khoảng cách S(m) của các cọc cát, hệ số tập trung ứng suất n=6 77 Bảng 3.22 Kết quả tính toán khi thay đổi đường kính D(m) và khoảng cách S(m) của các cọc cát, hệ số tập trung ứng suất n=5 79 Bảng 3.23 Kết quả tính toán khi thay đổi đường kính D(m) và khoảng cách S(m) của các cọc cát, hệ số tập trung ứng suất n=4 80 Bảng 3.24 Kết quả tính toán khi thay đổi đường kính D(m) và khoảng cách S(m) của các cọc cát, hệ số tập trung ứng suất n=3 82 Bảng 3.25 Quan hệ giữa độ lún theo thời gian St (cm), độ cố kết Uv,r (%) và thời gian t(tháng) khi thay đổi khoảng cách giữa các cọc cát 83 Bảng 3.26 Bảng tính độ cố kết của đất nền Uv,r(%) theo thời gian t(tháng) khi thay đổi chiều dài của cọc cát 91

Bảng 3.27 Bảng tính độ cố kết U(%) và độ lún theo thời gian St(cm) khi xét đến độ xáo trộn của đất nền s .95 Bảng 3.28 Hệ số thấm tương đương ứng với kh = 2,5ks của lớp đất 2 97 Bảng 3.29 Hệ số thấm tương đương ứng với kh = 5ks của lớp đất 2 98 Bảng 3.30 Quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm), độ cố kết theo thời gian

Uv,r(%) và thời gian t(tháng) khi thay đổi khoảng cách giữa các cọc cát 102 Bảng 3.31 Bảng so sánh kết quả chiều đất đắp gia tải trước H(m) và thời gian gia tải trước t(ngày) để hạn chế sự lún lệch giữa nền đường hiện hữu và nền đường nâng cấp mở rộng, nền đường mở rộng được xử lý bằng giải pháp cọc cát 107

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI :

Việc nghiên cứu các giải pháp đề xử lý nền đường trên nền đất yếu cũng như khắc phục hiện tượng lún lệch giữa nền đường mở rộng và nền đường hiện hữu là hết sức cần thiết Trong những trường hợp như trên, yêu cầu đặt ra khi thi công các công trình giao thông là phải rút ngắn thời gian lún của đất nền để sau khi hoàn thành thi công xây dựng và đưa công trình vào sử dụng thì độ lún gây ra tiếp đó không được vượt quá giới hạn cho phép theo quy phạm thiết kế và đảm bảo độ lún

ổn định nền đường mở rộng và nền đường hiện hữu là như nhau Một vấn đề cần phải quan tâm ở đây là phần lớn các tuyến đường đều đắp cao trên nền đất yếu và

sự lún lệch giữa nền đường mới và nền đường hiện hữu là rất lớn, dể gây ra sự cố cho xe lưu thông trên tuyến đường, nên việc xử lý nền đường mở rộng để hạn chế hiện tượng lún lệch là rất quan trọng

Hiện tại Đồng Bằng Sông Cửu Long đang được đầu tư khá lớn vào phát triển xây dựng, mở rộng và nâng cấp các công trình giao thông huyết mạch phục vụ đời sống dân sinh, giao lưu kinh tế giữa các vùng, miền, đa số các công trình này đều được xây dựng trên nền đất yếu, địa chất rất phức tạp Nên việc xử lý nền đất yếu bên dưới nền đường đắp cao là rất quan trọng

Ở nước ta hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu khảo sát cụ thể để đánh giá mức

độ tổn thất do vấn đề này gây ra Đã có nhiều công trình nghiên cứu, đưa ra giải pháp xử lý, song vẫn chưa khắc phục được vấn đề một cách triệt để

Do vậy, để đảm bảo khả năng khai thác các tuyến đường nâng cấp mở rộng thì việc nghiên cứu đảm bảo chuyển tiếp hài hòa giữa nền đường hiện hữu và nền đường mở rộng là một việc cấp thiết và cấp bách Đó là lý do tác giả chọn đề tài “

Nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đường trên nền đất yếu khu vực từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe thành phố Cần Thơ”

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI :

Việc nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đường khu vực từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe nhằm giúp cho các học viên có được các kiến thức cần

thiết để lựa chọn các giải pháp kỹ thuật để xây dựng các công trình giao thông một cách hiệu quả, tính toán thiết kế các giải pháp gia cố nền đất yếu bằng phương pháp giải tích, mô phỏng bài toán cọc cát và đệm cát bằng phương pháp phần tử hữu hạn, đưa ra được các ảnh hưởng của đường kính cọc, khoảng cách giữa các cọc, chiều sâu đặt chân cọc cát, chiều dày và bề rộng của lớp đệm cát đến khả năng chịu tải và chuyển vị lún theo phương đứng của đất nền sau khi được xử lý bằng các giải pháp được đề cập đến, độ xáo trộn và tính cản thấm của đất trong quá trình thi công Nghiên cứu ảnh hưởng của đường kính, khoảng cách, chiều dài của cọc cát và

độ xáo trộn của đất nền, chiều dày, bề rộng của lớp đệm cát đến khả năng chịu tải,

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI :

Xuất phát từ sự thành công khi áp dụng các giải pháp xử lý nền đường trên nền đất yếu của các dự án xây dựng công trình giao thông như : Cảng Hàng Không Quốc Tế Cần Thơ, đường Võ Văn Kiệt thành phố Cần Thơ , tuyến đường Nam Sông Hậu, quốc lộ 91 thành phố Cần Thơ, các đường dẫn đầu cầu Cần Thơ, đại lộ Đông Tây thành phố Hồ Chí Minh, đường dẫn đầu cầu Trà Nóc, Sơn Trắng 1 thành phố Cần Thơ Học viên nhận thấy cần thiết phải có những nghiên cứu và hiểu biết sâu sắc hơn về các giải pháp xử lý nền đất yếu bên dưới nền đường đắp cao Kết quả nghiên cứu của đề tài này sẽ giúp cho các kỹ sư có được những hiểu biết sâu sắc hơn về các giải pháp xử lý nền đường trên nền đất yếu khi xây dựng các công trình giao thông phục cho sự thông thương giữa các vùng miền, góp phần làm tăng trưởng nền kinh tế của nước nhà Đồng thời có thêm sự lựa chọn một giải pháp

xử lý nền phù hợp với điều kiện địa chất, địa hình và tính khả thi khi thi công nhằm mang lại hiệu quả kinh tế nhất

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU :

Tổng hợp, nghiên cứu các tài liệu và các cơ sở lý thuyết tính toán trong và ngoài nước về các giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát và đệm cát Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn mô phỏng các bài toán bằng cọc cát và đệm cát để xử

lý đất nền bên dưới nền đường đắp cao

Dùng các bài toán giải tích để khảo sát sự ảnh hưởng của các tham số chiều dày, bề rộng của lớp đệm cát, đường kính, khoảng cách, chiều dài của cọc cát và độ xáo trộn của đất nền đến sự làm việc của các giải pháp

Sử dụng phần mềm Plaxis 2D version 8.5 để khảo sát ảnh hưởng của đường kính, khoảng cách, chiều dài của cọc cát và độ xáo trộn của đất nền Chiều dày, bề rộng của lớp đệm cát đến khả năng chịu tải, độ ổn định và chuyển vị lún theo phương đứng của đất nền

So sánh các kết quả thu được từ các giải pháp, để xuất các giải pháp thích hợp

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU :

Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là các công trình xây dựng Giao Thông

có sử dụng các biện pháp cọc cát và đệm cát để xử lý nền đường đắp cao trên nền đất yếu Nghiên cứu sức chịu tải, độ ổn định, tốc độ cố kết, chuyển vị lún của đất nền sau khi sử dụng các giải pháp có xét đến ảnh hưởng của các tham số đường kính, khoảng cách, chiều dài của cọc cát cũng như cách bố trí, chiều dày và bề rộng của lớp đệm cát Ứng dụng các giải pháp để thiết kế cho công trình thuộc dự án nâng cấp và mở rộng quốc lộ 91 khu vực từ Cảng Hàng Không Quốc Tế Cần Thơ đến Cái Sắn cụ thể là đoạn Km13+000 – Km14+000 khu vực từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ

NỀN ĐƯỜNG 1.1 ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA KHI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO TRÊN NỀN ĐẤT YẾU :

1.1.1 Khái niệm và phân loại đất yếu :

1.1.1.1 Khái niệm đất yếu :

Đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (sức kháng nén đơn qu = 0.5 ÷

1 (daN/cm2) có tính nén lún lớn (a > 0.1cm2/daN), hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), module biến dạng đàn hồi thấp (thường thì E0 = 50daN/cm2), sức chống cắt nhỏ… Nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu sẽ phải đối diện với nhiều vấn đề rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được

Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm rất cao, trung bình W = 85 ÷ 95% và có thể lên tới vài trăm phần trăm Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất, hệ số nén lún a = 3 ÷ 10cm2/daN, vì thế thường phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu đất cao ít nhất 40 ÷ 50cm [3].

1.1.1.2 Phân loại đất yếu :

Việc phân loại đất yếu được dựa theo nguồn gốc cấu thành, chúng gồm hai nhóm : Nguồn gốc khoáng vật và nguồn gốc hữu cơ

Loại có nguồn gốc khoáng vật : Thường là sét hoặc á sét trầm tích trong

nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể lên tới 10 ÷ 12%) nên có thể có màu nâu đen, xám đen, có mùi Đối với loại này, được xác định là đất sét yếu

ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy

Bảng 1.1 Chỉ tiêu cơ lý của đất yếu

IL e  (Degree) c (daN/cm2) cu (daN/cm2) qc(daN/cm2) N

> 1 > 1 < 10o < 0,15 < 0,35 < 0,10 < 5 Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1, độ bão hòa Sr > 80%)

Loại có nguồn gốc hữu cơ : Thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích

động thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rửa và phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 ÷ 80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật) Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng cũng đạt các trị số như nói trên

Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo hàm lượng hữu cơ của chúng : Hàm lượng hữu cơ từ 20 ÷ 30% : đất nhiễm than bùn

Hàm lượng hữu cơ từ 30 ÷ 60% : đất than bùn

Hàm lượng hữu cơ trên 60% : than bùn [8].

1.1.2 Đặc trưng và trạng thái của đất yếu ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long :

* Tham khảo báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình Bệnh Viện Đa Khoa

Thành Phố Cần Thơ, do công ty cổ phần tư vấn và đầu tư xây dựng Tây Đô khoan khảo sát địa chất, thì địa tầng khu vực được phân bố như sau:

+ Lớp 1 : Sét màu xám, trạng thái chảy

Bảng 1.2 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 1 Tên chỉ tiêu Chiều

dày

Dung trọng TN

Góc ma sát trong

Lực dính

Hệ số rỗng

Độ

ẩm

Đơn vị m g/cm3 Degree Kg/cm2 - % Giá trị 14,50 1,53 3,61 0,165 1,902 67 + Lớp 2 : Sét pha cát màu xám, trạng thái chảy

Bảng 1.3 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 2 Tên chỉ tiêu Chiều

dày

Dung trọng TN

Góc ma sát trong

Lực dính

Hệ số rỗng

Độ

ẩm

Đơn vị m g/cm3 Degree Kg/cm2 - % Giá trị 13,50 1,70 6,05 0,184 1,220 41 + Lớp 3 : Sét màu vàng, trạng thái dẻo cứng

Bảng 1.4 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 3 Tên chỉ tiêu Chiều

dày

Dung trọng TN

Góc ma sát trong

Lực dính

Hệ số rỗng

Độ

ẩm

Đơn vị m g/cm3 Degree Kg/cm2 - % Giá trị 8 1,875 12,33 0,307 0,879 29 + Lớp 4 : Cát pha sét màu nâu đen

Bảng 1.5 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 4 Tên chỉ tiêu Chiều

dày

Dung trọng TN

Góc ma sát trong

Lực dính

Hệ số rỗng

Độ

ẩm

Đơn vị m g/cm3 Degree Kg/cm2 - % Giá trị 4 1,825 25,34 0,094 0,983 35 + Lớp 5 : Sét màu vàng, trạng thái nửa cứng

Bảng 1.6 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 5 Tên chỉ tiêu Chiều

dày

Dung trọng TN

Góc ma sát trong

Lực dính

Hệ số rỗng

Độ

ẩm

Đơn vị m g/cm3 Degree Kg/cm2 - % Giá trị 10 1,94 18,88 0,517 0,769 25,40 + Lớp 6 : Cát hạt trung đến cát hạt to

Bảng 1.7 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 6 Tên chỉ tiêu Chiều

dày

Dung trọng TN

Góc ma sát trong

Lực dính

Hệ số rỗng

Độ

ẩm

Đơn vị m g/cm3 Degree Kg/cm2 - % Giá trị - 1,88 35,68 0,052 0,712 20,30

1.1.3 Trạng thái vật lý của đất :

Trạng thái vật lý của đất rời , theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 9362 –

2012, trạng thái của cát tự nhiên được phân thành chặt, chặt vừa và rời như bảng 1.1

Bảng 1.8 Phân loại độ chặt của đất rời theo hệ số rỗng e

Độ chặt

min max

max

e e

e e D

Trạng thái vật lý của đất dính :

Tùy thuộc vào lượng nước trong lỗ rỗng của các hạt sét mà đất dính có thể ở trạng thái chảy, dẻo, nửa cứng hoặc cứng Độ ẩm tương ứng giữa các trạng thái của đất gọi là độ ẩm giới hạn (các giới hạn Atterberg), giới hạn chảy WL, giới hạn dẻo

Wp (còn gọi là giới hạn lăn) Để đánh giá tính dẻo của đất người ta dùng chỉ số dẻo

IP

IP = WL - Wp Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 9362 – 2012, chỉ số dẻo IP được dùng làm chỉ tiêu để phân loại đất dính như bảng 1.2

Bảng 1.9 Phân loại đất dính theo IP

Chỉ số dẻo I p 7 ≥ IP ≥ 1 17 ≥ IP ≥ 7 IP ≥ 17

Theo TCVN 9362 – 2012, có thể đánh giá trạng thái của đất dính theo chỉ tiêu

độ nhão như bảng 1.3

Bảng 1.10 Đánh giá trạng thái của đất dính theo độ nhão IL

Tên trạng thái đất Độ nhão I L

Cát pha

Rắn IL < 0 Dẻo 0 ≤ IL ≤ 1 Chảy IL > 1

Sét và sét pha

Rắn IL < 0 Nữa rắn 0 ≤ IL ≤ 0.25 Dẻo cứng 0.25 ≤ IL ≤ 0.5 Dẻo mềm 0.5 ≤ IL ≤ 0.75 Dẻo chảy 0.75 ≤ IL ≤ 1 Chảy IL > 1

1.1.4 Các vấn đề đặt ra khi thiết kế và thi công nền đắp trên đất yếu : 1.1.4.1 Về ổn định:

+ Nền đắp trên đất yếu phải bảo đảm ổn định, không bị lún trồi và trượt sâu trong quá trình thi công đắp nền và trong suốt quá trình khai thác sau này Nói khác

đi là phải tránh gây ra sự phá hoại trong nền đất yếu trong và sau khi thi công làm

hư hỏng nền đắp cũng như các công trình xung quanh, tức là phải đảm bảo cho nền đường luôn ổn định

+ Theo “Quy trình khảo sát thiết kế nền đường đắp trên đất yếu” Tiêu chuẩn

thiết kế 22TCN 262 – 2000 thì hệ số ổn định Kmin = 1.40 khi nghiệm toán ổn định

do trượt sâu theo phương pháp Bishop, Kmin = 1.20 khi nghiệm toán ổn định do trượt sâu theo phương pháp phân mảnh cổ điển của nền đường xây dựng theo từng giai đoạn

1.1.4.2 Về độ lún :

+ Phải xác định độ lún Khi độ lún lớn mà không xem xét ngay từ khi bắt đầu xây dựng thì có thể làm nền đắp biến dạng nhiều, không đáp ứng được nhu cầu sử dụng

+ Yêu cầu phải tính được độ lún tổng cộng kể từ khi bắt đầu đắp nền đường cho đến khi lún kết thúc để xác định chiều cao phòng lún

+ Khi thiết kế nền công trình, cần phải tính độ lún và tốc độ lún của nó Với nền đất biến dạng được, độ lún của nền thường được tính với biến dạng đứng của đất nền, chuyển vị lún theo phương đứng gồm ba thành phần :

S = Si + Sc + SsTrong đó :

Si : Độ lún tức thời do tính đàn hồi của đất nền

Sc : Độ lún cố kết của vùng nền trực tiếp gánh đỡ nền móng, đại lượng này phụ thuộc theo thời gian thông qua các đặc tính thoát nước của đất nền

Ss : Độ lún thứ cấp do đặc tính từ biến của đất nền, đại lượng này phụ thuộc theo thời gian sau khi đã lún cố kết

Phần độ lún cố kết còn lại cho phép tại tim nền đường sau khi hoàn thành công trình nền mặt đường tại các đoạn nền đắp thông thường :

Đường cao tốc và đường cấp 80 trở lên : ≤ 30cm

Đường cấp 60 trở xuống có lớp mặt cấp cao : ≤ 40cm [8].

1.1.4.3 Các vấn đề đặt ra khi thiết kế và thi công nền đắp trên đất yếu :

Khi đắp nền đường trên đất yếu thì sẽ làm tăng ứng suất trong đất Nếu sự tăng ứng suất này vượt quá một ngưỡng giới hạn nào đó, phụ thuộc vào các tính chất cơ học của đất, thì nền đất sẽ bị mất ổn định Cùng với sự lún sụp của nền đất đắp, nền đất yếu xung quanh cũng trồi lên tương ứng

Thông thường các nền đường được đắp nhanh và đắp cao sẽ làm cho áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất nền tăng lên đột ngột, dẫn đến sức chống cắt của đất nền giảm, gây ra mất ổn định nền đường

1.1.4.3.1 Những phá hoại quan sát được :

Phá hoại do lún trồi :

Toàn bộ nền đắp lún võng vào nền đất yếu, đẩy trồi đất yếu tạo thành các bờ đất gần chân taluy

Soft soil

Hình 1.1 Nền đất yếu bị lún trượt trồi

Phá hoại do trượt sâu :

Hình thức phá hoại này thường gặp trong xây dựng đường do dạng hình học thông thường của nền đắp Một dạng cung trượt tròn sinh ra do nền đắp bị lún cục

bộ, ngược với lún lan rộng như kiểu lún trồi

Hậu quả của hiện tượng lún này là một bộ phận của nền đắp và của đất nền thiên nhiên dọc theo diện tích phá hoại bị chuyển vị và có hình dạng thay đổi theo tính chất và các đặc tính cơ học của vật liệu dưới nền đất đắp Để tính toán, trong các trường hợp đơn giản nhất thường xem đường phá hoại như một đường cong tròn

và sự trượt được gọi là trượt tròn

Khi nền đất yếu có chiều dày lớn hơn ba lần chiều cao đất đắp cần phải kiểm tra sự phá hỏng do trượt sâu qua cả nền đắp và nền đất yếu

Soft soil

Hình 1.2 Nền đất yếu bị lún trượt sâu

1.1.4.3.2 Sự phát triển của các hư hỏng :

Sự phá hoại của đất yếu do lún trồi hoặc trượt sâu vì đắp nền đường quá cao là một trong những hiện tượng xảy ra nhanh chóng trong khi thi công hoặc sau khi thi công xong một thời gian ngắn

Qua quá trình theo dõi sự phá hoại cho thấy các chuyển động chính kéo dài trong vài giờ và các chuyển động tàn dư chỉ chấm dứt sau vài tuần

Tuy nhiên cũng có những phá hoại khác xảy ra khi thi công xong vài tháng hoặc vài năm như trong trường hợp tôn cao nền đường mới trên nền đắp hiện hữu hoặc là khi đào đất ở chân taluy

1.1.5 Các vấn đề biến dạng :

Ngược lại với sự phá hoại do mất ổn định, chuyển vị lún là một biến dạng chậm của đất dưới tác dụng của trọng lượng nền đắp

Biến dạng ở giữa nền đắp do chuyển vị lún thẳng đứng

Biến dạng dưới phạm vi dải đất dành cho đường do chuyển vị lún thẳng đứng kết hợp với một chuyển vị ngang của đất nền thiên nhiên

Biến dạng ngoài phạm vi dải đất dành cho đường là một chuyển vị ngang của đất nền thiên nhiên, phạm vi của biến dạng phụ thuộc vào chiều dày của đất yếu Các chuyển vị thẳng đứng thường có một biên độ biến dạng đến hàng chục centimet với các lớp rất mềm và chiều dày lớn, biên độ này có thể lên đến vài mét Các chuyển vị này ở tim nền đất đắp đều lớn hơn so với mép taluy sinh ra một biến dạng của mặt nền đường

Các chuyển vị ngang thường nhỏ hơn các chuyển vị đứng, tỷ số giữa hai chuyển vị này chủ yếu phụ thuộc vào hệ số an toàn, kích thước hình học của nền đắp và chiều dày của đất yếu Tuy nhiên đã quan sát được các chuyển vị ngang đến vài chục centimet

Tốc độ lún cũng thay đổi theo tính chất của đất yếu, chiều dày của nó và sự có mặt của các lớp thoát nước [3].

1.2 TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU :

1.2.1 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP CỌC CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU :

1.2.1.1 Lịch sử phát triển :

Việc sử dụng phương pháp cọc cát được nhà bác học Nga M.X Voikow đề nghị đầu tiên vào năm 1840 và sau đó là giáo sư V.I kurdyumov năm 1886 Qua hơn một thập kỷ phương pháp này đã được tiếp tục nghiên cứu, bổ sung và được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới như Liên Xô, Trung Quốc, Anh, Pháp, Hà Lan

và Mỹ

1.2.1.2 Phạm vi sử dụng :

Khác với các loại cọc cứng khác (cọc bêtông, bêtông cốt thép, cọc gỗ, cọc cừ tràm ) là một bộ phận của kết cấu móng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền, cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu

Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn

Khi sử dụng giải pháp cọc cát, trị số module biến dạng trong cọc cát cũng như vùng đất được nén chặt xung quanh sẽ giống nhau ở mọi điểm

Sau khi gia cố nền bằng cọc cát, nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau

đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng cường độ của đất nền sau khi xử lý

Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày lớn hơn 3m Nhờ vào tính ưu việt của cọc cát và tính hình kinh tế, kỹ thuật của nước ta thì việc sử dụng cọc cát tỏ ra có nhiều ưu thế và có thể sử dụng phổ biến để xử lý nền đất yếu ở Việt Nam

1.2.1.3 Trình tự thi công :

Thi công lớp đệm cát thoát nước (nếu có)

Định vị tim của các cọc cát bằng máy định vị

Sử dụng ôtô, xe tải để vận chuyển vật liệu (cát thô, cát hạt trung) đến vị trí công trình

Vận chuyển cọc ống thép (rỗng) đến đúng vị trí và cao độ thiết kế

Đóng cọc cát xuống độ sâu thiết kế

Đổ cát vào đầy cọc

Rung, rút cọc ống thép để lại cọc cát trong lồng thép

Hình 1.3 Xử lý nền đường từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe bằng cọc

cát

Hình 1.4 Thiết bị thi công cọc cát tuyến đường từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ

Tẻ Ba Xe

1.2.1.4 Hạn chế của cọc cát :

Tại những vùng có mà nước ngầm tĩnh, điều kiện sử dụng cọc cát nên phát triển Cần cảnh giác với điều kiện nước ngầm thay đổi, biến động nhiều Tại Hà Nội cho ta một số bài học khi xử lý nền móng bằng giải pháp cọc cát với vị trí có mực nước ngầm biến động nhiều, nước đã kéo rút cát dưới móng làm cho công trình bị lún nguy hiểm Nếu theo dõi tốt điều kiện thủy văn thì giải pháp cọc cát là giải pháp kinh tế trong xử lý nền đất yếu

1.2.2 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP ĐỆM CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU :

1.2.2.1 Lịch sử phát triển :

Đệm cát là giải pháp gia cố nền đất yếu rất có hiệu quả Trước năm 1990 biện pháp này đã được sử dụng ở nước ta khá nhiều Nhất là khi Liên Xô giúp ta xử lý móng nhà C1 đại học Bách Khoa Hà Nội, nhà khách số 10 Lê Thạch, Hà Nội

Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy nền đường, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền toàn bộ tải trọng lên các lớp đất yếu bên dưới

Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bố lại ứng suất do tải trọng gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát

Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu bên dưới

có thể tiếp nhận

Làm tăng khả năng ổn định cho công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt

Biện pháp đệm cát giúp làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún ổn định cho công trình

Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày từ 3m trở lại, Không nên sử dụng giải pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ mất ổn định

1.2.2.3 Trình tự thi công :

Thường dùng máy Kobel để đào bỏ lớp đất yếu thay bằng lớp đất tốt (cát to, cát hạt trung) và lu lèn thành từng lớp có chiều dày từ 20 ÷ 25cm và đầm chặt bằng đầm lăn và đầm xung xích

Lớp đệm cát phải đảm bảo độ chặt cần thiết (thông thường độ chặt của đệm cát D = 0.65 ÷ 0.7 ) và không làm phá hoại nền đất thiên nhiên dưới đáy tầng đệm Trường hợp lớp đất yếu dày dưới 3m nhưng cường độ quá thấp như than bùn, bùn sét hoặc cát chảy thì có thể xử lý bằng cách bỏ đá chìm đến đáy lớp đất yếu Đá phải có kích cỡ từ 0.3m trở lên, phải bỏ từ tim đường ra hai bên để đẩy đất yếu ra ngoài, sau khi nhô lên khỏi mặt đất yếu thì tiến hành rải cát lên trên và lu lèn chặt

Hình 1.5 Xử lý nền đường từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe bằng đệm

cát